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Smart grids

smart-grids-futuristic-574080_1920-pixabay-chadonihi-cc0Les Smart grids, réseaux électriques intelligents

« Smart grids » est une appellation générale désignant l’ensemble des technologies et des infrastructures « intelligentes » installées sur un réseau électrique et permettant une meilleure adaptabilité aux actions des différents acteurs qui le constitue, tout en assurant une livraison d’électricité plus efficace, économique et sûre.

Suivant la définition de la Commission européenne, les Smarts grids sont des « réseaux électriques capables d’intégrer efficacement les comportements et actions de tous les utilisateurs qui y sont raccordés – producteurs, consommateurs, et utilisateurs à la fois producteurs et consommateurs – afin de constituer un système rentable et durable, présentant des pertes faibles et un niveau élevé de qualité et de sécurité d’approvisionnement » (Smart Grids Task Force).

Il s’agit concrètement d’intégrer les nouvelles technologies de l’information et de la communication au fonctionnement des réseaux électriques existant afin de les rendre communicants et permettre une meilleure flexibilité du système aux contraintes d’approvisionnement (notamment des énergies renouvelables) et aux nouveaux usages de consommation électrique.

En collectant des informations sur l’état du réseau, les Smart grids ajustent les flux d’électricité entre fournisseurs et consommateurs et contribuent à une adéquation entre production, distribution et consommation.

Une modernisation des systèmes électriques

La gestion des réseaux électriques s’est historiquement construite sur une production centralisée et unidirectionnelle où l’offre d’énergie était définie en fonction de la demande, aux meilleures conditions d’approvisionnement et de coûts.

4257813689_2614d58da8_o-flickr-ian-muttoo-line-em-upFace à la demande croissante en énergie de nos sociétés, notamment au niveau des réseaux urbains, le développement énergétique ne peut uniquement passer par le renforcement des réseaux existants dont le coût et l’impact des infrastructures nouvelles est important pour les collectivités. Avec une offre d’énergie difficilement adaptable, la solution passe par un ajustement du système électrique à la demande qui doit être gérée de façon active.

Le développement des Smarts grids représente ainsi un changement fondamental dans la gestion des réseaux basé sur une production décentralisée et bidirectionnelle où la gestion de l’équilibre énergétique du système est définie à la fois par l’offre d’énergie et par la demande de consommation.

Un outil de politique énergétique 

Les smart grids sont un outil indispensable à la mise en place des politiques énergétiques décidées par l’Union européenne et les pays signataires de l’accord de Paris sur le climat qui ont pour objectifs d’augmenter la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique mondiale et d’accroître l’efficacité énergétique pour réduire les émissions de CO2.

Au niveau des réseaux électriques, le développement des Smart grids répond ainsi à ces objectifs en termes de :

  • flexibilité : pour une meilleure gestion de l’équilibre entre production et consommation d’électricité
  • fiabilité : pour améliorer l’efficacité et la sécurité des réseaux
  • accessibilité : pour accompagner l’intégration des sources d’énergies renouvelables au réseau (notamment répondre au problème du facteur de charge)
  • économie : pour une meilleure gestion du système permettant des économies d’énergie et une diminution des coûts (en entrée et en sortie)

 

Fonctionnement des Smarts grids smart-grids-bigdata_2267x1146_white-wiki-cc

 Au-delà des nécessaires infrastructures classiques d’ouvrages électriques nécessaires à l’acheminement de l’électricité, les Smart grids s’appuient sur une architecture de communication constituée de multiples supports et technologies à même de collecter et transmettre les données du réseau : compteur intelligent, fibre optique, GPRS, CPL, etc…

Ces données sont ensuite traitées en temps réel par des applications et services dédiés (systèmes de dépannage à distance ou programmes automatiques de réponse à la demande).

Ces technologies sont utilisées à tous les niveaux d’un réseau Smart grid : production, transport, distribution et consommation. Elles permettent d’assurer :

  • Un contrôle des flux en temps réel et leur possible réorientation par les opérateurs en fonction de la demande
  • L’interopérabilité des réseaux entre les gestionnaires du réseau de transport et ceux du réseau de distribution.
  • L’intégration des énergies renouvelables au réseau et la gestion des problématiques liées au facteur de charge (notamment dans l’éolien)
  • Une meilleure visibilité des consommations individuelles pour régulation ou détection des pannes

Le coût des investissements nécessaires au développement de Smart grids reste élevé car, pour être efficace, ces technologies doivent être implantés sur l’ensemble d’un réseau et impliquer tous ses acteurs.
Un autre obstacle à leur développement est la diversité des acteurs qui implique la mise au point de systèmes communicants variés mais avec des logiques technologiques convergentes.

Smart grids multi-énergies

Au-delà des usages électriques, les opérateurs de réseaux étudient également de nouveaux gisements de flexibilité afin de répondre aux problématiques grandissantes de gestion dynamique des réseaux électriques.

Les solutions envisagées passent par le couplage avec d’autres réseaux énergétiques pour diversifier les usages de l’énergie produite :

– avec les réseaux de gaz (smart grid gaz) par l’injection d’hydrogène produit à partir d’électricité renouvelable
– avec les réseaux de chaleur par l’injection de chaleur produite à partir d’électricité renouvelable
– avec les réseaux de froid par le stockage de froid pendant les heures de faible contrainte sur la demande d’électricité

Développement des Smart grids

La modernisation d’un réseau électrique nécessitant d’importants investissements, la mise en place des réseaux intelligents est essentiellement concentrée dans les pays développés mais leur développement devrait s’étendre à long terme à l’ensemble des réseaux interconnectés.

Les États-Unis, précurseurs en la matière, ont consentis de lourds investissements afin de moderniser leur réseau électrique. Le département de l’Energie américain estime ainsi que la mise en place des Smart grids leur permettra d’économiser de 46 à 117 milliards de dollars entre 2010 et 2023.

En Europe, au niveau politique, la Plateforme Technologique de l’Union européenne finance le développement des réseaux intelligents mais le niveau des avancées varie fortement selon les pays. Les investissements entrepris à ce jour au niveau européen concernent principalement l’installation de compteurs intelligents (80% des foyers devraient en être équipé en 2020), ce qui ne représente qu’une première étape dans le développement de réseaux intelligents réellement efficaces.